(57)【要約】【課題】レンズ成形用金型にレンズ溝を加工をする場合に、バイトの刃先位置をずらさずにバイトの角度を変えられるようにして、高精度のレンズ溝加工を行えるようにした立旋盤を提供する。【解決手段】コラム１２と、ワークを回転させる回転テーブル２２と、コラム１２に片持ち支持されるクロスレール１４と、クロスレール１４の案内面に沿って水平方向に移動可能に設置されたサドル１６と、サドル１６から垂設され、サドル１６の案内面に沿って上下方向に移動可能に設置されたラム１８と、を有し、さらに、ラム１８の下端部に取り付けられ、バイト１００をそのバイト１００の軸線が鉛直方向に対して傾斜する姿勢で支持するともに旋回可能なヘッド本体と、バイト１００をそのバイト１００の軸線回りに旋回させるバイト旋回軸４８とを有する旋回ヘッド２０を設ける。【選択図】  図２
2005007548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コラムと、
ワークを回転させる回転テーブルと、
前記コラムに片持ち支持されるクロスレールと、
前記クロスレールの案内面に沿って水平方向に移動可能に設置されたサドルと、
前記サドルから垂設され、サドルの案内面に沿って上下方向に移動可能に設置されたラムと、
前記ラムの下端部に取り付けられ、バイトをそのバイトの軸線が鉛直方向に対して傾斜する姿勢で支持するとともに旋回可能なヘッド本体と、前記バイトをそのバイトの軸線回りに旋回させるバイト旋回軸とを有する旋回ヘッドと、
を具備したことを特徴とする立旋盤。
【請求項２】
前記バイトの刃先先端は、前記旋回ヘッドの旋回軸中心線上にあることを特徴とする請求項１に記載の立旋盤。
【請求項３】
前記旋回ヘッドのヘッド本体は、サーボモータで旋回駆動されることを特徴とする請求項２に記載の立旋盤。
【請求項４】
前記回転テーブルに、さらに、直線軸を有するプレーナ加工用のテーブルを搭載したことを特徴とする請求項１に記載の立旋盤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、レンズ成型用の金型等の超精密加工に用いられる立旋盤に係り、特に、レンズ溝加工に用いられる立旋盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、精密光学機械の集光レンズとして用いられるフレネルレンズや導光板は、射出成形により製造されるようになっており、その成形に用いる金型には、Ｖ字形のレンズ溝を一本毎に精密に加工しなればならない。今は、この種のレンズ溝加工を行う工作機械としては立旋盤が利用されている（特許文献１参照）。
従来、レンズ溝加工に用いられる従来の立旋盤は、バイトの刃先の角度を変えるための刃物台旋回機構を備えている。図８は、従来の立旋盤の刃物台旋回機構の従来例を示している。この立旋盤では、サドルの水平移動の直線軸はＸ軸、ラムの上下移動の直線軸はＺ軸で、刃物台の旋回軸がＢ軸である。
【０００３】
刃物台１１０は、４本のバイト１００を装着することができるタイプの刃物台である。ラム１１１の下端部には、旋回軸１１４を空気軸受で支持するスイベルスヘッド１１２が取り付けられている。旋回軸１１４は、刃物台１１０の中心で結合されており、４本のバイト１００は、旋回軸１１４に関して対称に９０°ずつ向きを変えて刃物台１１０に配置されている。なお、図８において、参照符号１１５は、旋回軸１１４を駆動するサーボモータである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１４２４０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の刃物台旋回機構を有する立旋盤で、例えば、フレネル成形用金型にレンズ溝を旋削加工する場合には、図９に示すように、バイト１００の切刃稜１０１をレンズ溝のフレネル面ｆの傾斜に合わせた状態で、バイト１００をライズ面ｒを切削しつつ下降させながらワークＷに切り込みを与え、所定の深さに達したところでバイト１００の切刃稜１０１をワークに転写してフレネル面ｆを生成する。
【０００６】
次いで、フレネル面ｆの加工に引き続きライズ面ｒを切刃稜１０２で仕上げ加工する場合には、バイト１００の刃先の角度を変えようとすると、次のような動作が必要になる。
【０００７】
すなわち、バイト１００をワークＷから逃がし、刃物台１１０を旋回させることによりバイト１００の切刃稜１０２をライズ面ｒの傾斜に合わせる。ところが、刃物台１１０の旋回により、バイト１００の刃先のＸ軸位置がレンズ溝の谷底頂点から大きくずれるので、Ｘ軸移動を行ってバイト１００の刃先をレンズ溝の谷底の頂点に合わせなければならない。そして、Ｚ軸移動によってバイト１００を切削開始点に位置決めする。さらに、Ｚ軸移動によりバイト１００を下降させて、ワークに切り込みを与え、ライズ面ｒを加工する。
【０００８】
しかしながら、バイト１００の角度を変えるときには、必ずＸ軸移動とＺ軸移動が伴うため、位置決め精度誤差や、Ｘ軸真直度誤差による刃先位置の変位などの誤差が発生し、バイト１００の刃先の位置が、目標とするレンズ溝の谷底頂点からずれてしまい、その結果、レンズ溝の溝ピッチの不良や深さの不良ができてしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、レンズ成形用金型にレンズ溝を加工をする場合に、バイトの刃先位置をずらさずにバイトの角度を変えられるようにして、高精度のレンズ溝加工を行えるようにした立旋盤を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、コラムと、ワークを回転させる回転テーブルと、前記コラムに片持ち支持されるクロスレールと、前記クロスレールの案内面に沿って水平方向に移動可能に設置されたサドルと、前記サドルから垂設され、サドルの案内面に沿って上下方向に移動可能に設置されたラムと、前記ラムの下端部に取り付けられ、バイトをそのバイトの軸線が鉛直方向に対して傾斜する姿勢で支持するとともに旋回可能なヘッド本体と、前記バイトをそのバイトの軸線回りに旋回させるバイト旋回軸とを有する旋回ヘッドと、を具備したことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明において、前記バイトの刃先先端は、前記旋回ヘッドの旋回軸中心線上にあることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による立旋盤の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態による立旋盤の全体構成を示す斜視図で、図２は同立旋盤の側面を示す図である。図１、図２において、参照番号１０はベッドを示し、ベッド１０の上面には、コラム１２が設置されている。片持ち支持のクロスレール１４は、この実施形態では、コラム１２と一体型の上部構造体を構成している。クロスレール１４の上部には、サドル１６がクロスレール１４上を水平方向に移動可能に設けられている。このサドル１６には、ラム１８が上下方向に移動可能に垂設されている。このラム１８の下端部に取り付けられいるのが旋回ヘッド２０である。旋回ヘッド２０の先端部にはバイト１００が保持されている。
【００１３】
参照番号２２は、回転テーブルである。この回転テーブル２２は、旋削加工を施す工作物を固定する真空吸引チャック２３を備えている旋削加工テーブル２４と、この旋削加工テーブル２４を水平な姿勢で回転自在に支持するテーブル本体部２５とから構成されている。テーブル本体部２５は、テーブル駆動装置２６と接続されている。
【００１４】
本実施形態による立旋盤の場合、サドル１６を水平方向に移動させる軸がＸ軸で、このＸ軸のボールネジ送り機構を駆動するのがＸ軸サーボモータ２７である。また、ラム１８を上下に移動させる軸がＺ軸で、２８がＺ軸のボールねじ送り機構を駆動するＺ軸サーボモータである。
【００１５】
次に、図３は、サドル１６およびラム１８の構成を詳細に示す図である。
図３において、クロスレール１４の上面部には、サドル１６の移動を案内する互いに平行な２本のＸ軸案内面３０ａ、３０ｂが設けられている。またクロスレール１４の中央部には、ラム１８を収容する中空部３２が区画されている。サドル１６は、この中空部３２を跨ぐようにして両側をＸ軸リニアガイド部３０ａ、３０ｂにより支持されている。このＸ軸案内面３０ａ、３０ｂは、有限型ころがり案内により構成されている。なお、３３は、Ｘ軸のボールねじ送り機構を構成するＸ軸ボールねじを示している。
【００１６】
サドル１６の底部からは、四角筒状のラムガイド部材３４が垂下されている。このラムガイド部材３４の左右両内側側面には、上下方向に延びるころがり案内からなるＺ軸リニアガイド部３５ａ、３５ｂが固定されている。ラム１８の左右側面には、Ｚ軸ガイドレール３６ａ、３６ｂが上下に延びるように取り付けられ、これらのＺ軸ガイドレール３６ａ、３６ｂはＺ軸リニアガイド部３５ａ、３５ｂに係合するようになっている。
【００１７】
サドル１６の上面には、Ｚ軸サーボモータ２８が設置されている。サドル１６の底面では、軸受け部材３７によって上下方向に延びるＺ軸ボールねじ３８が回転可能に支持されている。ラム１８の上端部には、ボールナット３９が固定され、このボールナット３９にＺ軸ボールねじ３８が螺合するようになっている。なお、サドル１６の上面には、一対のバランスシリンダ４０が取り付けられており、ラム１８の重量はバランスシリンダ４０によって担持されており、Ｚ軸サーボモータ２８の負荷を軽減している。
【００１８】
ラム１８の下端部には図８に示した従来のスイベルヘッド付きの刃物台の替わりに、以下のような構成を有する旋回ヘッド２０が取り付けられている。この旋回ヘッド２０を用いることによって、刃先の位置を変えることなくバイト１００の切刃の角度を変えられるようになっている。
【００１９】
そこで、図４に旋回ヘッド２０を示す。この図４において、参照番号５０は、旋回ヘッド２０の旋回軸４４の旋回軸中心線である。また、参照番号５２は、水平面（テーブル面）を示している。旋回軸４４の旋回軸中心線５０は、鉛直方向と一致し、テーブル面５２とは直角に交わっている。
【００２０】
旋回ヘッド２０は、ヘッド本体４５と、バイト１００を保持するバイトホルダ４７と、バイト１００をバイトの軸線５５まわりに旋回させるバイト旋回軸４８とから構成されている。
【００２１】
バイト旋回軸４８は、旋回駆動モータとしてサーボモータ５６により駆動される。そして、図示しないロータリエンコーダにより位置フィードバックを取り、サーボモータ５６の回転を制御することで１０万分の１の精度でバイト旋回軸４８の旋回角度を割り出すことができるようになっている。このようなバイト旋回軸４８の制御軸がＡ軸である。
【００２２】
旋回ヘッド２０のヘッド本体４５の長さ方向は、旋回軸４４の旋回軸中心線５０に対して傾斜している。そして、バイト旋回軸４８の先端には、バイトホルダ４７が取り付けられている。このバイトホルダ４７は、バイト１００をその軸線５５がバイト旋回軸４８の軸線に一致するように保持する。そして、このようなバイト旋回軸４８を用いることで、図４に示されるように、バイト１００の刃先Ａは、旋回軸４４の旋回軸中心線５０上にあり、また、旋回ヘッド２０のヘッド本体４５が旋回すると、その旋回運動によってできるバイト１００の軸線５５を母線とする円錐の頂点は、バイト１００の刃先Ａと一致するようになっており、従って、このような意味でのバイト１００の旋回運動の旋回中心を刃先Ａに設定することができる。
この実施形態では、旋回ヘッド２０に斜めに保持されるバイト１００は、旋回軸４４の旋回軸中心線５０に対して３５°の角度をなすように傾斜している。このバイト１００の傾斜角αは、個々の旋回ヘッド２０について固定であって、加工条件に応じて異なる傾斜角αをもつ旋回ヘッド２０が用いられる。
【００２３】
旋回ヘッド２０は、旋回駆動モータとしてサーボモー５４により駆動される。そしてロータリエンコーダにより位置フィードバックをとり、サーボモータ５４の回転を制御することで、１０万分の１度の精度で旋回軸４４の旋回角度を割り出すことができるようになっている。このような旋回ヘッド２０の旋回運動の制御軸がＣ軸である。
【００２４】
本実施形態による立旋盤は、以上のように構成されるものであり、次に、以上のように構成される立旋盤による加工例として、レンズ成形用金型にレンズ溝を旋削する溝加工を例に挙げて説明する。
【００２５】
図５は、加工対象のレンズ成形金型のレンズ溝の形状を示す図である。同心円状に並ぶそれぞれのレンズ溝では、各レンズ溝を形成する一方のレンズ面ｆと他方のレンズ面ｒは同一の傾斜角度になっている。本実施形態では、このようなレンズ溝を以下のように加工する。
【００２６】
立旋盤で使用する旋回ヘッド２０は、図４に示すバイト１００の傾斜角αは図５のレンズ溝のレンズ面ｆ、ｒの傾斜と等しいもので、加工前の準備として、ラム１８に取り付けた旋回ヘッド２０では、バイトホルダ４７に取り付けられているバイト１００について、図４に示されるように、刃先Ａが旋回軸４４の軸線５０上にあるように位置合わせを行っておく。
【００２７】
図１において、レンズ溝を旋削する対象のワークＷは、旋削加工テーブル２４の回転中心に対してワークＷの中心を合わせ真空吸着チャック２３により固定し旋回加工テーブル２４を回転させる。
【００２８】
サドル１６のＸ軸移動により、旋回ヘッド２０を加工位置に移動させる。まず、バイト１００の刃先ＡのＸ軸位置を最初に加工するレンズ溝の谷底頂点位置に合わせてから、Ｚ軸移動により下降させると、図５に実線で示すように、このときバイト１００の切刃稜１０１の角度はレンズ面ｆの傾斜角度と一致している。
【００２９】
図６は、ワークＷ上のレンズ溝を上からみて模式的に表した図で、矢印がワークＷの回転方向である。現時点でバイト１００の切刃稜１０１は、レンズ面ｆ側の位置ａにあり、このままＺ軸移動によりワークＷに切り込みを与えて旋削すると、バイト１００の切刃稜１０１をワークＷに転写してレンズ面ｆを創成することができる。
【００３０】
レンズ面ｆを創成した時点で、バイト１００の刃先Ａは、レンズ溝の谷底頂点にあり、そして、旋回ヘッド２０にあっては、旋回軸４４の旋回軸中心線５０上にバイト１００の刃先Ａが位置している。したがって、バイト１００はレンズ溝の谷底頂点を旋回運動の軌跡が描く円錐の頂点として旋回することが可能である。
【００３１】
Ｃ軸旋回によりヘッド本体４５を１８０°旋回させると、バイト１００は、図５に破線で表す位置まで移動する。ところが、移動が完了した時点では、バイト１００の傾きはレンズ面ｒの傾斜に合っていても、図６において、バイト１００の切刃稜１０１は、レンズ面ｒ側の位置ｃに、切刃稜１０２はレンズ面ｆ側のｂの位置にあり、ワークＷの回転方向との関係では本来あるべき旋削位置と１８０°正反対の関係にある位置にある。そこで、旋回ヘッド２０の備えるバイト旋回軸４８が旋回して、バイト１００を１８０°反転させると、図６において、バイトの切刃稜１０２はレンズ面ｒ側のｄ点にくるようになる。このとき、バイト１００の切刃稜１０２はレンズ面ｒの傾斜角度に合っていることはもちろんである。
【００３２】
次に、Ｚ軸移動によりワークＷに切り込みを与えて旋削すると、バイト１００の刃先ＡのＸ軸方向の位置を変えることなく、バイト１００の切刃稜１０２をワークＷに転写してレンズ面ｒを創成することができる。
【００３３】
こうして一本のレンズ溝の加工が完了したら、Ｚ軸移動によりバイト１００をレンズ溝から逃がし、Ｘ軸移動によりバイト１００を隣のレンズ溝の位置に移動させる。以下、最初のレンズ溝の場合と同様の動作を繰り返すことにより、バイト１００の刃先ＡのＸ軸方向の位置を変えることなく、レンズ面ｆとレンズ面ｒを連続して加工することができる。
【００３４】
なお、以上はレンズ面ｆ、レンズ面ｒが同じ傾斜角度をもつレンズ溝の加工の説明であるが、レンズ面ｆとレンズ面ｒの変わるレンズ溝の徐変溝加工にも対応可能である。すなわち、Ｃ軸旋回により、ヘッド本体４５を任意角度に位置決めさせるとともに、Ａ軸旋回によりバイト旋回軸４８を旋回させて、バイト１００を切削方向に位置決めすることにより、レンズ面ｆおよびライズ面ｒの傾斜角度に合わせてバイト１００の刃先の角度を任意に代えることができる。また、Ｃ軸とＡ軸を同時に制御すれば、バイト１００をワークＷから逃がさずに旋回は可能である。
【００３５】
以上のように構成される斜軸ヘッド２０によれば、Ｘ軸、Ｙ軸の移動を伴わずに、ヘッド本体４５の旋回動作とバイト旋回軸４８の旋回動作とを組み合わせることにより、バイト１００の刃先ＡのＸ軸方向の位置を変えることなく、バイト１００の刃先の向きを変えてレンズ溝の両側のレンズ面を加工することができる。これにより、バイト１００の刃先の向きを変更するときに、サドル１６のＸ軸移動がないので、この移動の際に生じる変位が刃先の位置の誤差として大きく効いてくるということがそもそも問題にならず、レンズ溝の谷底頂点に段差のない高精度な溝加工を遂行することができる。また、バイト１００の刃先の向きを変更するときに、Ｘ軸の移動がないので時間の短縮という利点も生じる。
【００３６】
以上の加工例は、レンズ成型金型の旋削加工であるが、本発明の立旋盤は、直線移動型のプレーナテーブルと組み合わせることにより、導光板形成用金型のプレーナ加工にも適用することができる。
【００３７】
図７は、プレーナ加工を行うために、旋削加工テーブル２４の上面にプレーナテーブル６０を設置できるようにした立旋盤を示す図である。
【００３８】
プレーナテーブル６０は、旋回加工テーブル２４の上面に固定されているテーブルベース６２と、このテーブルベース６２上を移動する移動テーブル６４とから基本的に構成されている。テーブルベース６２の上面には、直線案内を構成するＶ溝が形成されており、これを案内に移動テーブル６４は図示しないボールねじ送り機構により直線移動することができる。
【００３９】
この立旋盤では、移動テーブル６４の送りを制御する軸をＹ軸としている。この場合、ボールねじの軸方向は、旋回加工テーブル２４の回転とともに変わり得るが、プレーナ加工を行うときには、図７に示すように、ボールねじの軸方向がＸ軸、Ｚ軸に共に直交する方向（図７の紙面に垂直な方向）になるように旋回加工テーブル２４の位置を割り出した後、図示しないクランプ手段で固定し、ボールねじの軸方向と機械上の位置制御軸であるＹ軸の方向を一致させるようにしている。
【００４０】
このように、回転テーブル２２にプレーナテーブル６０を取り付けることで、本実施形態の立旋盤では、プレーナ加工による溝加工を旋削加工の場合とワークが直線移動する点だけが違いなので同様に行うことができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、レンズ成形用金型にレンズ溝を加工をする場合に、バイトの刃先位置をずらさずにバイトの角度を変えられるようにして、高精度のレンズ溝加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による立旋盤を示す斜視図。
【図２】同実施形態による立旋盤の側面図。
【図３】同実施形態による立旋盤のサドルとラムの構成を示す断面図。
【図４】同実施形態による立旋盤の備える旋回ヘッドの側面図。
【図５】レンズ溝の加工におけるバイトの刃先の動きを示す説明図。
【図６】レンズ溝の加工におけるバイトの反転時の刃先の動きを示す説明図。
【図７】立旋盤の回転テーブルにプレーナテーブルを搭載した立旋盤の側面図。
【符号の説明】
１０  ベッド
１２  コラム
１４  クロスレール
１６  サドル
１８  ラム
２０  旋回ヘッド
２２  回転テーブル
２４  旋削加工テーブル
４４  旋回軸
４５  ヘッド本体
４８  バイト旋回軸
５０  旋回軸の中心線
５４、５６  サーボモータ
６０  プレーナテーブル
６４  移動テーブル
１００  バイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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